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2026-01-05 09:00:00
何世紀にもわたって、エンジニアはインスピレーションを得るために自然に目を向けてきました。 レオナルド・ダ・ヴィンチ それを模倣する滑空機を夢見ていた 鳥。今日は、その詳しい勉強法について、 動物 そして植物は、柔軟な電池や水上を歩くロボットなどの発明につながっています。
カサンドラ・ドナテッリ、生物学者 大学 タコマ州ワシントン在住の彼は、「バイオインスピレーション」という成長分野に関する最近のレビューの著者であり、この傾向は洗練された新しいツールとコラボレーションの新しい精神によるものであると考えています。
「それは巨大です」と彼女は言います。 「ここには生体力学の研究室があり、そこには 6 ～ 7 人のエンジニアと 10 人の生物学者がいます。私たちは物理的に同じ建物にいて、一緒に働いています。」
その期待にもかかわらず、バイオインスピレーションの将来は不確実です。政府 トランプ 国立財団の研究予算を削減することを提案した。 科学 残りの資金は人工知能や量子コンピューティングなどの一部の分野に振り向けられます。この資金調達で繁栄したバイオインスピレーションは地盤を失う可能性がある。
マサチューセッツ大学の生物学者ダンカン・アーシック氏は、「この研究はNSFの新たな優先事項の影響を受けることになるだろう」と語る。 「率直に言って、私は生物からインスピレーションを得た研究の責任を彼らに引き継ぐことを心配しています。 中国。」
ここでは、自然の創造性からインスピレーションを得た、新しいものと歴史的な発明をいくつか紹介します。
自然のベルクロ
- ゴボウの種子には小さなフックがあり、種子が毛皮や衣服に広がるのを助けます。
- この発見により、エンジニアはベルクロを発明しました。
1941年、スイスの発明家ジョルジュ・ド・メストラルは狩猟に出かけました。途中、ごぼうの種がズボンと犬の毛にくっついてしまいました。その付着力に興味を持ったデ・メストラル氏は、種子を顕微鏡下に置きました。彼は何千もの小さなフックを見ました。このビジョンにより、彼は結び目や接着剤に依存しない新しいタイプの留め具を想像するようになりました。
数年後、デ メストラルはこのアイデアを実現できる物質、ナイロンを発見しました。合成繊維は永久的にフック状に曲げられる可能性があります。デ・メストラルは、ナイロン製のフックが布地に簡単に取り付けられ、取り外し可能であることを発見しました。 1955 年、彼はフランス語の「ベロア」（「ベルベット」）と「かぎ針編み」（「フック」）を組み合わせたベルクロと名付けた発明の特許を申請しました。
スピードノズル
- カワセミのくちばしは、鳥が水に飛び込み獲物を捕まえるのに役立ちます。
- 同様のプロファイルを持つ列車は、高速走行でも静かです。
エンジニアが入社するとき 日本 1980 年代と 1990 年代に高速列車を開発しましたが、予期せぬ問題も引き起こしました。トンネルを通過する列車は、その前の空気を圧縮しました。圧力波がトンネル出口に到達すると、ソニックブームが発生しました。
中津英治というエンジニアは、電車を静かにする方法を探していました。 「そこで疑問が生じました。日常生活の一部として空気抵抗の急激な変化に対処できる生き物はいるのでしょうか?」中津氏は2005年のインタビューでこう振り返った。
中津さんはエンジニアであるだけでなく、熱心なバードウォッチャーでもありました。その疑問を考えていると、カワセミのことが頭に浮かびました。鳥が魚を捕まえるために高速で潜るとき、そのくちばしは水しぶきを立てずに水中を滑ります。
そこで中津氏らは、前端が丸く先細になった鉄道エンジンを製作した。カワセミのくちばしの形状により、トンネル内の気圧が 30% 減少し、トンネル内を高速で走行する場合でも、列車の静かさと効率が向上しました。
ホエールストリーム
- クジラの足ひれの端にある突起は、クジラが狭い円を描いて泳ぐのに役立ちます。
- クジラをイメージした突起は、船体や風力タービンのブレードのデザインを改善します。
1990 年代、フランク フィッシュは、魚のヒレの前端を覆う大きな突起を詳しく観察しました。 ザトウクジラ。ペンシルベニア州ウエストチェスター大学の生物学者フィッシュ氏とその同僚は、これらの結節がヒレの上を水の流れをスムーズに保ち、余分な揚力を生み出すことでクジラの能力を大幅に向上させることを発見した。
フィッシュと彼の同僚はその発見で特許を取得し、それ以来、エンジニアによって長いリストのデバイスを改善するために採用されてきました。たとえば、塊茎は風力タービンのブレードの寿命を延ばし、産業用天井ファンの効率を高めます。サーフボードのフィンやトラックのミラーにも見られます。
ヤモリステッカー
- ヤモリは、信じられないほどグリップ力のあるつま先のおかげで、滑らかな表面を登ることができます。
- このことから、しっかりと貼り付けて、傷を付けずに剥がすことができるステッカーの開発が始まりました。
の足 トカゲ それは50万本の小さな毛で覆われており、それぞれの毛は何百もの枝に分かれています。ヤモリが壁に足を踏みつけると、多くの枝が壁をしっかりと押し付けます。それぞれの枝は壁との間に弱い分子引力を生み出し、それらが合わさって強力な力を生み出しますが、ヤモリは数ミリ秒で簡単に足を引っ込めることができます。
Irschick と彼の同僚は、Geckskin と呼ばれる、これらの力を模倣する生地を作成しました。名刺サイズの部品はガラス面上で 320 キログラムの重量を支えることができ、跡を残さずに移動できます。
緑色の忌避剤
- 食虫植物の端は滑りやすく、昆虫を捕らえます。
- 同じ物理学により、ほこりやその他の汚染物質に強い金属やプラスチックが生まれました。
として 食虫植物 水差しの形をした葉の端を這う昆虫を食べます。端は非常に滑りやすいため、獲物はバランスを崩し、消化酵素のプールに落ちます。
研究者らは、植物に雨や露が溜まると、微細な凹凸が水を引き込み、昆虫の足に張り付く膜を形成することを発見した。昆虫は牽引力を求めて戦い、最終的には泳ぎ、そして落下します。
2011 年、ジョアンナ・アイゼンバーグは、 ハーバード大学と彼の同僚は、表面に食虫植物の模様を施した素材を作成しましたが、これも滑りやすいことが判明しました。アイゼンバーグ氏が共同設立した会社は、粘着性の液体がパイプに詰まるのを防ぐコーティングや、船体からフジツボをはじく塗料を販売している。
エビの殻
- シャコは爪を使って軟体動物の殻を安全に割ることができます。
- エンジニアは力学を真似て衝撃吸収材を設計しています。
シャコには、指の手袋に似た指棍棒と呼ばれる一対の奇妙な手足があります。 ボクシング。彼はこん棒を使って、22 口径の弾丸と同等の力、つまり砲弾を粉砕するのに十分な力で印象的なパンチを放ちます。科学者たちは、なぜこれらの衝撃が指の棍棒自体を破壊しないのかについて長い間疑問に思っていました。
進化の過程で、シャコは驚くほど複雑な外骨格を獲得しました。彼らの指の棍棒は繊維の層で構成されています。ヘリンボーン模様を形成するものもあれば、コルク栓抜きの形の束で作られるものもあります。これらの層はパンチのエネルギーをそらし、エネルギーが広がって損傷を引き起こすのを防ぎます。
5月、国立標準技術研究所の研究者らは、これらの衝撃吸収層の人工バージョンを作成したと報告した。小さなシリカ球を時速 1,000 マイルで材料に向けて発射すると、材料はへこみましたが、ひび割れはしませんでした。研究者らは、この材料を使って宇宙船を小さな隕石から守る軽量のシールドを作ることを構想している。
表層昆虫ロボット
- 表層昆虫は、足の扇形の毛のおかげで川の表面を滑走します。
- 同様の原理に従って、エンジニアは水上を歩くロボットを設計しました。
表層昆虫は米粒ほどの大きさです。彼らは足を水の上に広げて川面に浮かびますが、1秒間に約120体の長さという驚くべき速度で移動することもできます。人間のスケールでは、これは時速 640 km に相当します。
その秘密は中央の脚の先端にあります。表面の昆虫が扇子を水に浸すと、表面張力により端の硬い縁がわずか 10 ミリ秒で開き、扇子がオールになります。各動作の終わりに、昆虫がこれらのオールを水から持ち上げると、ファンが閉じます。
8月、カリフォルニア大学バークレー校の生物学者ビクター・オルテガ・ヒメネス氏と彼のチームは、これらの原則に従って、水上を歩き、素早い方向転換をし、急ブレーキをかける小型ロボットを製作したと発表した。そして、水によってファンが強制的に開閉するため、ラガボット（地表昆虫のラテン語名ラゴベリアにちなんで名付けられた）は、内蔵バッテリーからのエネルギーをほとんど必要としません。
うなぎのエネルギー
- デンキウナギは、高電圧組織によって生成される強力なショックで獲物を気絶させます。
- ウナギの解剖学にヒントを得た柔軟なバッテリーは、医療用インプラントの安全な電源となる可能性がある。
麻痺させるような電気の放電 うなぎ 電気的放出は動物の体を取り囲む組織から発生します。組織には何千もの細胞層が含まれており、それらの層には液体の層が点在しています。細胞は荷電した原子を液体に送り込み、生物電池を形成します。
マイケル・メイヤー氏、フリブール大学の生物物理学者 スイスと彼の同僚は、デンキウナギや他の魚の電気器官を模倣することに取り組んでいます。生物学的にヒントを得たバッテリーは、従来のバッテリーに比べて大きな利点を提供する可能性があります。たとえば、それらは有毒化学物質ではなく有機化合物で動作するため、医療用インプラントにとってより安全なエネルギー源となる可能性があります。
チームは、柔らかく柔軟なゲルからコンタクトレンズの形をしたプロトタイプを作成しました。メイヤー教授は、いつか電気ウナギが荷電原子を移動させるために使用するのと同じタンパク質を電池に埋め込みたいと考えている。
「魚の場合と同じことを実際に行うようにこれらすべてを構築することは、現時点では私たちの手の届かないところにあります」とメイヤー氏は言います。 「それは遠い将来のことだと思いますが、プロジェクトはすでに私が思っていたよりもはるかに進んでいます。」
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